2022年长江流域高温干旱过程及其影响评估

夏 智 宏，刘 敏，秦 鹏 程，范 进 进，冯 扬，赵 小 芳

(1.武汉区域气候中心，湖北 武汉 430074； 2.长江流域气象中心，湖北 武汉 430074； 3.三峡国家气候观象台，湖北 宜昌 443002； 4.中国气象局流域强降水重点开放实验室，湖北 武汉 430205)

0 引 言

长江流域是中国重要的战略水源地、水电能源基地、黄金水道和生态宝库，不仅肩负着流域内社会经济高质量发展和生态保护的重任，还通过南水北调等引调水工程惠泽华北地区，在中国经济社会发展和生态环境保护中具有十分重要的战略地位[1]。

受全球气候变化的影响，近60 a来，长江流域最高、最低和平均气温均呈显著上升趋势，与寒冷相关的极端温度指数显著下降，与变暖有关的极端温度指数显著升高[2]。长江流域年平均降水量的长期变化趋势虽然不显著，但极端降水的强度和频率在1980年代以后明显增加，呈现出持续时间短、强度大的特征，如2016年长江中下游发生严重区域性大洪水、2020年长江流域发生仅次于1954年和1998年的又一次流域性大洪水[3]；长江上游和下游的干旱频率有所减少，但中游大部干旱频率有所增加，且流域发生大范围极端干旱的频率和强度明显增加，如2001，2006，2011，2019年和2022年的严重干旱事件，其持续时间、发生范围和综合强度位居近60 a前列[4-7]。尤其是2022年夏季的极端高温干旱，据初步分析表明，高温综合强度为1961年有完整观测记录以来最强，干旱发生范围为1961年以来同期最广，长江干流出现“汛期反枯”的罕见现象，江河水位达近百年来同期最低[7-10]，三峡水库正式运行以来首次出现秋季未蓄满的不利水情，此次大范围异常高温干旱灾害对水资源、农业、生态和社会经济系统的影响之深远历史罕见，其呈现出的新特点对流域今后科学应对极端干旱灾害，合理利用和管理水资源及水利工程具有重要的指示意义。

本文旨在利用最新观测资料，通过对历史区域性高温和干旱及其复合事件的识别和比较，综合评估长江流域2022年高温干旱过程，揭示其演变规律，以期为流域水资源开发利用和生态保护以及社会经济高质量发展提供决策依据。

1 资料与方法

1.1 资料说明

本文所用气象资料包括长江流域711个国家气象观测站1961年1月1日至2022年11月20日逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量等地面观测资料，资料来自于国家气象信息中心，并经过了气候界限值和允许值检查、极值检查、内部一致性检查、时间和空间一致性检查等严格的质量控制。

本文使用的土壤墒情资料为中国气象局陆面数据同化系统CLDAS(CMA Land Data Assimilation System)地表土壤湿度产品，是采用融合与同化技术，对地面观测、卫星观测、数值模式产品等多种来源数据融合得到，空间分辨率为1 km，时间分辨率为1 h，时间范围为2022年6月1日至11月20日。

本文使用的长江流域主要控制断面和大型水库水位观测数据，以及流域主要省份夏季全社会用电量数据，来自于湖北省水情信息网和国家统计局。

1.2 区域性高温过程识别与评估

参照《区域性高温过程监测指标(征求意见稿)》[11]，对长江流域历年6～9月区域性高温过程进行识别和综合强度评估。

1.2.1高温过程识别

将单站日最高气温≥35 ℃定义为高温日，自监测时段的首日起，将日最高气温≥35 ℃的相邻站点判定为1个高温站组(同时满足站点数占有效监测站数的百分比≥20%)，某高温站组内≥50%的站点与次日该高温站组的站点重合，则判定该站组高温过程持续，当某站组高温过程持续时间≥5 d，则判定一次区域性高温过程发生，区域性高温过程的开始日为该站组形成的首日。区域性高温过程开始后，某日高温站组的站点与次日高温站组的站点重合率<50%，则判定该区域性高温过程结束，该日为区域性高温过程的结束日。一次区域性高温过程从过程开始日至过程结束日的累积日数为过程长度。

1.2.2高温过程综合强度评估

根据一次区域性高温过程的平均强度、平均影响范围和过程长度计算综合强度Z，计算公式为

Z=I×A0.5×T0.5

(1)

式中：I为区域性高温过程的平均强度；A为区域性高温过程的平均影响范围；T为过程长度。

区域性高温过程的综合强度等级按历年综合强度百分位数划分为一般(0≤Z<50%)、较强(50%≤Z<80%)、强(80%≤Z<95%)、特强(95%≤Z≤100%)4个等级。

1.3 区域性干旱过程识别与评估

1.3.1干旱监测指标

干旱监测指标采用在中国实时气象干旱监测业务中广泛使用的气象干旱综合监测指数(Meteorologiral Drought Composite Index，MCI)。MCI 指数是由近30 d相对湿润度指数，近90 d和近150 d标准化降水指数，以及近60 d标准化权重降水指数加权求和构建而成，计算公式为[12]

MCI=Ka(aSPIW60+bMI30+cSPI90+dSPI150)

(2)

式中：MCI为气象干旱综合监测指数；MI30为近30 d相对湿润度指数；SPI90为近90 d标准化降水指数；SPI150为近150 d标准化降水指数；SPIW60为近60 d标准化权重降水指数，a，b，c，d为权重系数；Ka为季节调节系数，根据不同季节主要农作物生长发育阶段对土壤水分的敏感程度确定。MCI对应的各干旱等级划分标准见表1[12]。

表1 气象干旱综合监测指数干旱等级划分Tab.1 Grade classification of meteorological drought based on MCI

1.3.2干旱过程综合强度评估

区域性干旱过程的识别与评估参考QX/T 597-2021《区域性干旱过程监测评估方法》中的动态区域干旱过程监测方法[13]，即通过逐日干旱带分离和干旱事件时间连续性判识实现干旱过程的客观识别，并定义了考虑干旱持续时间、影响范围和强度的干旱过程综合强度指数，其中区域性干旱日的判别标准为10%以上的相邻站点出现中度或以上强度的干旱[5]，综合强度计算方法与分级标准与区域性高温过程类似，详见公式(1) 。本研究首先对长江流域1961年以来历次区域性干旱过程进行识别，然后选择过程内干旱等级最重时间出现在夏秋季(6～11月)的干旱事件进行分析。

2 2022年长江流域高温过程特征

2.1 过程概况

2022年长江流域夏季高温过程自6月5日首先出现在汉江流域局部，其后向东向南发展，6月13日范围明显扩大，达区域性高温过程标准，8月15日高温站数最多达到594站(占流域总站数的83.5%)，8月23日后高温过程逐渐缓解，8月30日区域性高温过程结束(见图1)，此次过程具有极端性强、发生范围广、持续时间长、综合强度大等特点。

图1 2022年6月1日至8月31日长江流域高温站次比逐日变化Fig.1 Evolution of high temperature station proportion in the Yangtze River Basin(YRB) from 1 June to 31 August in 2022

2.1.1极端性强

2022年夏季长江流域平均、最高和最低气温较历史同期偏高1.4～2.4 ℃，均为1961年以来同期最高，平均高温日数(日最高气温≥35 ℃)为36.1 d，较常年偏多20.8 d，为1961年以来同期最多。全流域共有594站(占83.5%)日最高气温达到极端高温事件标准。289个国家气象站(占39.3%)日最高气温追平或突破历史极值。其中，重庆北碚(45.0 ℃)、江津(44.7 ℃)、湖北竹山(44.6 ℃)等8站日最高气温达44.0 ℃及以上。

2.1.2发生范围广

高温过程期间累计出现日最高气温≥35 ℃的站次占流域总站数的89.3%，出现≥37 ℃的站次比达83.4%，出现≥40 ℃的站次比达55.9%，均为1961年以来最广，特别是40 ℃以上覆盖范围明显高于历史次高年2013年(31.0%)。期间高温发生范围最广的日期出现在8月15日，该日≥35 ℃的站次占流域总站数的83.5%，为1961年以来最广(见图2)。

图2 2022年6月1日至8月31日长江流域极端最高气温空间分布Fig.2 Spatial distribution of the extreme maximum temperatures in the YRB from 1 June to 31 August in 2022

2.1.3持续时间长

6月13日至8月30日，全流域出现大范围持续性高温天气，高温过程持续79 d，为1961年以来持续时间最长。黎川(42 d)等364站连续高温日数(日最高气温≥35 ℃)、北碚(32 d)等384站连续炎热日数(日最高气温≥37 ℃)追平或突破有观测以来历史记录，其中北碚站8月7～28日连续22 d超40 ℃。

2.2 综合强度评估

基于区域性高温过程监测指标识别出长江流域1961年以来区域性高温过程共计98次，平均每年发生1.6次，过程最早开始于6月1日(2002年)，最晚结束于9月15日(2019年)；过程平均持续时间27.3 d，最长达79 d(2022年)。从长时间序列来看，近年来区域性高温过程有显著增加的趋势，98次过程中有39次发生在21世纪以来。综合考虑高温强度、发生范围和持续时间，统计历次过程综合强度并进行排位显示(见表2)，1961年以来最强的10次高温过程中，开始时间最早出现在6月9日(1961年)，最晚在7月14日(2019年)；结束时间最早在8月10日(2003年)，最晚在9月9日(1967年)；过程持续时间最长为79 d(2022年)，最短为34 d(2003年)；过程内日最高气温≥35 ℃、≥37 ℃、≥40 ℃覆盖范围最大分别达89.3%，83.4%，55.9%。1961年以来最强的10次高温过程有7次出现在21世纪以来，其中有6次(2010，2013，2017，2018，2019，2022年)发生在2010年以后，且有连年发生的趋势。

表2 1961～2022年长江流域最强10次高温过程气候特征Tab.2 Climate characteristics of the top 10 regional high temperature processes in the YRB during 1961～2022

2022年6月13日至8月30日区域性高温过程综合强度达特强等级，且为1961年以来最强，过程内≥35 ℃、≥37 ℃、≥40 ℃平均日数，过程持续时间和覆盖范围，综合强度等8项指标均位列历史首位。

3 2022年长江流域干旱过程特征

3.1 过程概况

自6月下旬开始，受持续晴热高温少雨天气影响，川渝地区、湖北、江西、浙江省等地陆续出现气象干旱，特别是出梅以后旱情迅速发展，8月上旬旱区发展至流域约30%区域，8月中下旬迅速扩大至流域70%以上区域，8月25日覆盖范围达全流域的92.7%，为1961年以来同期最广。8月底至10月上旬流域中北部出现阶段性降水过程，四川省、重庆市、陕南和湖北省中北部干旱逐步缓解或者缓和，但长江以南大部地区降水稀少，夏秋连旱导致特旱区域有所扩大，特别是10月中旬以后旱情再度发展，至11月上旬末旱情范围最大达全流域的94.5%，11月中旬长江中下游降水过程增多，大部累计降水量20～120 mm，其中两湖流域大部40～120 mm，气象干旱基本缓解，仅上游干流地区、乌江上游、洞庭湖西南部仍维持重至特旱。此次干旱过程呈现以下显著特点：

(1) 降水异常偏少，大部为历史同期最少。2022年6月以来(6月1日至11月20日)长江流域累计降水量489.2 mm，较常年同期偏少34.0%，为历史同期最少，特别是7月以来，累计降水量较常年同期偏少43.6%，其中7，8，9，10月分别偏少35.8%，61.2%，39.0%，31.8%，8，9月均为历史同期最少(见图3)。7月以来流域近96%的台站降水偏少，其中约30%的台站为历史同期最少。

图3 2022年7月1日至11月20日长江流域降水量距平百分率Fig.3 Precipitation anomaly percentages in the YRB from 1 July to 20 November in 2022

(2) 气温高蒸发快，旱情发展迅猛。2022年6月上旬至7月上旬长江流域轻旱及以上范围维持在20%～30%之间，进入7月以后，受异常高温天气影响，地表蒸发加剧，至8月下旬，在短短40 d时间内，轻旱及以上范围迅速由30%扩大至90%以上区域，其中重旱及以上站次比达60%以上，并连续51 d保持在40%以上(见图4)。长江汉口水文站6月上旬为历史同期最高水位，在7月上旬开始迅速下降，至8月上旬起持续处于历史同期最低水位。期间，长江干流及洞庭湖、鄱阳湖水位均为有实测记录以来同期最低，部分地区小型水库蓄水严重不足。

图4 2022年6月1日至11月20日长江流域干旱站次比逐日变化Fig.4 Evolution of drought station proportion in the YRB from 1 June to 20 November in 2022

(3) 覆盖范围广，发生全流域性干旱。2022年夏秋季长江流域干旱过程受旱空间范围大、大旱影响范围较广，期间在8月25日和11月10日出现两次峰值(见图4)，干旱范围分别达全流域面积的92.7%和94.5%(见图5)，过程内累计发生范围达98.0%，其中重旱范围分别达63.5%和67.7%，覆盖范围为1961年以来最广。长江流域汛期来水由丰转枯，发生流域性严重枯水，中下游干流枯水重现期大于100 a一遇，干支流主要水文站最低水位打破历史同期最低记录[9]。

图5 长江流域气象干旱监测图Fig.5 Drought monitor maps for the YRB on 25 August and 10 November 2022

3.2 过程强度评估

根据区域性干旱过程评估方法识别出长江流域1961～2022年共发生125次区域性干旱过程，其中干旱峰值出现在夏秋季的共有79次。夏秋季区域性干旱过程持续日数最长达180 d(2011年)，最短为20 d(1994，2009年)。表3依据区域性干旱过程综合强度列出了历史最强10次过程及其特征统计量，其中有5次出现在21世纪以来，2022年和2011年分别为第1，2强，可见近20 a来长江流域干旱的极端性有增强的趋势，且干旱过程与高温过程伴随发生的频率显著增加。2022年7月3日以来长江流域再次发生严重的夏秋连旱并与历史最强高温过程相随，截至11月20日干旱过程综合强度已达特强等级，为历史最强，干旱持续时间虽不及2011，1992，2006年和1963年，但过程干旱最大范围、单日干旱最大范围(中旱及以上等级)已超过历次过程，分别达98.0%，86.4%。

表3 1961～2022年长江流域最强10次干旱过程的强度等级及气候特征Tab.3 Intensity grades and climate characteristics of the top 10 regional drought processes in the YRB basin during 1961～2022

4 高温干旱影响

(1) 对农业生产的影响。受持续高温少雨影响，2022年8月中下旬，长江流域自金沙江以下至中下游大部地区地表土壤相对湿度在60%以下(见图6)，出现不同程度农业干旱。此期正值农作物生长关键期，干旱与高温叠加，加之江河湖库水资源偏枯，农田灌溉受到限制，造成流域主要农作物水稻结实率下降、夏玉米籽粒充实不足、经济林果产量和品质降低。据统计，旱情高峰时，长江流域耕地受旱面积达442.13万hm2(6 632万亩)[1]。高温干旱还导致淡水养殖经营成本显著增加，中下游地区秋播作物播种出苗受到影响。

图6 长江流域2022年8月25日地表20 cm土壤相对湿度Fig.6 Relative soil moisture at 20cm depth in the YRB on 25 August 2022

(2) 对水资源和水利工程的影响。7月以来持续高温少雨导致长江流域径流显著减少，8月长江中游汉口至鄂州段水位为1865年有水文记录以来的同期最低水平，三峡和丹江口水库来水量为近5 a同期最少，截至2022年11月20日，汉口站水位仍为有观测记录以来最低，三峡水库蓄水位仅159.50 m，出现自2010年175.00 m试验性蓄水以来首次未蓄满情况，丹江口水库蓄水为160.20 m，为近4 a来同期最低(见图7)。8～10月，长江上游大型水电站出力较常年下降2～5成，长江枯水期提前到来，通航能力受到严重影响。

图7 2022年秋季长江流域主要控制性水文站和水库水位与历史同期比较Fig.7 Comparison of the water levels for major hydrological stations and reservoirs during autumn between 2022 and the historical years

(3) 对生态环境的影响。卫星监测显示，6月以来洞庭湖和鄱阳湖的水体面积均出现了持续减小，进入10月份，洞庭湖水体面积最小值降至309.9 km2，较历史同期减少65.3%；鄱阳湖主体及附近水域面积最小值降至600 km2，较历史同期减少73.0%。两湖面积均达到同期最小值(见图8)，鄱阳湖星子站接连刷新1951年有记录以来最早进入枯水期、极枯水期的纪录。同时持续高温少雨造成湖泊水体和空气质量显著下降。受高温干旱影响，长江流域大部植被净初级生产力较常年同期偏低(见图9)，四川省、重庆市、湖南省、江西省及浙江省植被净初级生产力为近5 a同期最低，湖北省为近5 a同期第二低。流域大部地区森林火险等级提前升高，8月18～23日重庆市山林火灾频发，21日四川省发生森林火灾。

图8 2022年6～10月以来气象卫星监测长江流域主要湖泊水体变化Fig.8 Variation of water body of major lakes in the YRB from June to October 2022 by meteorological satellite monitoring

图9 2022年6月21日至10月25日长江流域植被净初级生产力距平百分率(单位：%)Fig.9 Anomaly percentages of the vegetation net primary productivities in the YRB from 21 June to 25 October in 2022

(4) 对社会经济的影响。2022年长江流域大范围高温干旱造成水资源异常短缺，生产和生活用水紧张。据应急管理部门统计，旱情峰值时，造成四川、重庆、湖北、湖南、江西等12省(区、市)3 978万人受灾，701.43万人因旱需生活援助。盛夏期间持续性极端高温天气导致居民用电负荷大幅增加，8月长江流域主要省份全社会用电量较近5 a同期增加9.3%～35.8%(见图10)，与此同时，长江上游水电生产受来水偏枯影响，出力大幅下降，造成电力供需严重失衡，四川省、重庆市等多地启动突发事件能源供应保障应急响应，被迫采取了停工停产和限电等措施。

图10 2022年8月长江流域主要省份全社会用电量与近5 a同期距平百分率Fig.10 Anomaly percentages of the electricity consumptions in the major provinces of YRB during August 2022 compared with the recent five years

5 结论与思考

5.1 结 论

本文根据区域性高温过程和区域性干旱过程监测评估方法，系统分析了2022年长江流域高温干旱的演变过程、发生范围、持续时间和综合强度等特征，并从农业、水资源、生态和社会经济系统等方面综述了其影响。取得的主要结论如下：

(1) 2022年夏季长江流域最高、最低和平均气温均为1961年以来同期最高，高温日数为1961年以来最多，高温覆盖范围为1961年以来最广。6月13日至8月30日出现的区域性高温过程，持续时间达79 d，具有发生范围广、持续时间长、极端性强等特点，综合评估显示达特强等级，其综合强度为1961年有完整观测记录以来最强。

(2) 2022年夏秋季长江流域干旱过程最大覆盖范围达全流域的94.5%，为1961年以来最广，过程期间累计降水量为1961年以来同期最少，过程已经持续时间140余天，具有覆盖范围广、旱情发展快、影响广等特点，综合评估显示达特强等级，综合强度为1961年以来最强，截至11月20日上游部分地区仍维持重至特旱。

(3) 2022年长江流域夏季高温与干旱叠加，造成大范围地表土壤失墒、流域径流减少，导致农作物产量和品质下降，农业生产成本增加，流域供水、发电和航运功能受到严重影响，生态系统生产力和生态质量下降、森林火险频发，居民生活用水和用电受到影响。

(4) 1961年以来长江流域最强的10次高温过程有7次出现在21世纪以来，其中有6次发生在2010年以后。1961年以来长江流域最强的10次干旱过程有5次出现在21世纪以来。在全球变暖背景下，近20 a来长江流域区域性高温和干旱事件具有显著增多、增强以及同时发生的趋势，其影响呈现出复合型和系统性的新特点。

5.2 思考与启示

全球气候变暖引起极端气候事件频发、重发已成为气候新常态[14-15]。21世纪以来，长江流域洪涝、干旱和高温等极端气候事件趋多趋强[3，7]，并呈现出多个灾种在时间和空间上复合，传递性高、灾害链长、影响广等新特点[16]。为保障流域水资源安全和社会经济的可持续发展，亟需加强流域应对极端气象灾害的能力建设。

(1) 重视气候变化风险，提高应对极端气候事件尤其是复合型灾害的能力。需深入开展长江流域气候变化和极端气候事件演变趋势研究，以及其对流域水安全、生态安全、粮食安全和能源安全影响的风险评估，制定应对气候变化和极端气候事件的应急预案和长远规划。

(2) 优化水利工程基础设施和管理模式，提高灾害防御能力和水资源利用率。流域水利工程管理需改变传统的“重涝轻旱”理念，升级配套改造现代水网和农田水利灌溉设施，提高基础设施设计标准，针对气候变化情景下水文情势新特点，建立适应气候变化规律的精细化水资源管理模式。

(3) 完善气象灾害早期预警，建立科学的风险管理机制。加强流域气候异常成因和机理研究，提高中长期干旱预警预见期，完善流域气象灾害综合监测和预警发布体系以及数据共享和部门联动工作机制，健全法律法规，建立科学的防灾减灾风险管理机制。

致 谢

本研究得到了三峡水利枢纽梯级调度通信中心、国家气象中心和国家卫星气象中心等有关单位提供的数据和技术支持，谨致谢忱。